Controle aplicado a um sistema de aquecimento solar de água

Pinto, Gabriel Fabiani

Controle aplicado a um sistema de aquecimento solar de água

Arquivos

Gabriel Fabiani Pinto.pdf (2.76 MB)

Autores

Pinto, Gabriel Fabiani

Orientadores

Baratieri, Cássio Luciano

Data

2020

Resumo

O avanço das pesquisas sobre o aproveitamento da energia solar tem possibilitado uma série de aplicações práticas. Uma dessas formas tem como objetivo o aquecimento de água com uso da radiação solar. Nessa perspectiva, o trabalho em questão visa o desenvolvimento de um sistema de controle para aquecimento de água. Tal sistema conta com o uso de energia solar associado a um sistema resistivo auxiliar. Esse desenvolvimento promove, além de economia de energia se comparado a sistemas apenas resistivo, vantagens ambientais por fazer o uso de uma fonte de energia limpa, renovável e abundante. Nesse contexto, avaliou-se o emprego de dois sistemas de controle, o On-Off e o proporcional integral (PI) para o gerenciamento da resistência auxiliar. Em relação ao aquecimento solar, foi empregado uma placa de tubo evacuado atuando em um modo de circulação por termossifão. O fluido aquecido pela radiação solar é armazenado em um boiler, aonde se encontra a resistência auxiliar que funciona de modo a aumentar a capacidade dinâmica do aquecedor. Uma vez definido o sistema térmico, obteve-se o modelo dinâmico a parâmetros concentrados a partir das equações do comportamento físico. O sistema de controle em malha fechada foi projetado e simulado através do MATLAB, PSIM e Proteus. Os resultados de simulação e implementação indicam que os sistemas de controle com a resistência são eficientes em termos da rastreabilidade da referência, satisfazendo a demanda por aquecimento, além de minimizarem o tempo necessário para que alcance à temperatura desejada. Dessa forma o sistema é capaz de manter o fluido na temperatura de setpoint mesmo com baixos índices de radiação solar sobre o coletor.

Abstract/Resumen

The research advances on the use of solar energy has enabled a several number of practical applications. One of those forms aims at heating water using solar radiation. From this perspective, the work in question aims at the development of a control system for water heating. Such system relies on the use of solar energy associated with an auxiliary resistive system. This development promotes, in addition to energy savings when compared to only resistive systems, advantages by making the use of a clean, renewable and abundant energy source. In this context, the use of two control systems, the On-Off and the proportional-integral (PI) for auxiliary resistance management. In relation to solar heating, an evacuated tube collector has been used to act under a mode of circulation by termosiphon. The fluid heated by solar radiation is stored in a boiler, where the auxiliary resistance works in order to increase the capacity and dynamics of the heater. Once the thermal system was defined, the dynamic model was obtained to concentrated parameters from the equations of physical behavior. The closed-loop control system was designed and simulated through MATLAB, PSIM and Proteus. The simulation and implementation results indicate that the control systems with the resistance are efficient in terms of the traceability of the reference, satisfying the demand for heating, besides minimizing the time required for it to reach the desired temperature. In this way the system is able to keep the fluid at setpoint temperature even with low solar radiation indexes on the collector.